CN204731940U - 一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统，包括多个固定式测斜仪组、太阳能供电模块、433无线发射器、433无线中继器、433无线接收器、天线、无线基站、监控中心服务器和报警装置。所述的多个固定式测斜仪组由电缆与地面的433无线发射器相连并传递数据，433无线发射器、433无线中继器和433无线接收器通过天线发射433MHZ的无线电信号进行通信并组成无线传感器网络，433无线接收器与无线基站和监控中心服务器所在的Internet网之间均通过GPRS无线传输方式建立通信连接，监控中心服务器对所有数据进行实时监测与处理，若超出阀值则启动报警装置。本实用新型系统结构简单，可远程遥测复杂环境下边坡稳定性状况，并可快速部署在地铁、高速公路等边坡上，具有推广意义。

Description

一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统

技术领域

本实用新型涉及物联网中的无线传感器网络在地质勘察领域的应用。

背景技术

随着我国经济的高速发展，国家大力推进基础设施建设，高速公路网和铁路网四通八达迅速席卷全国各地，高速公路、铁路等频繁穿越隧道、涵洞等地质条件颇为复杂的山区地带，由于恶劣天气、环境等的影响，随之而来的山体崩塌、滑坡等地质灾害可能会造成大面积的交通事故，严重威胁乘客的生命财产安全，也给国家和人民造成了巨大的经济损失。因此，为了保障铁路、高速公路等影响国家经济命脉的基础设施的牢固稳定，如何在施工不便、布线工程量大的山区恶劣环境条件下搭建一套着实有效的边坡位移实时监测预警系统显得尤为迫切和重要。本实用新型将通过在潜在滑坡体的适当位置布置专门的监测仪器，用来监测滑坡体的表面裂缝、深层位移、倾斜变形、地下水位以及环境降雨量，这些监测仪器通过专门的数据采集装置进行自动采集并记录，再通过无线传感器网络或GPRS等无线传输方式将采集的数据发送到远程的监控中心服务器，远程的监控中心服务器通过滑坡监测系统即可实现数据的现场采集、实时监控、异常测值报警等目的，从而可远程遥测该滑坡体的表面裂缝开合位移、深层变形和相应的变形速率以及环境量变化等实时状况，对动态监控滑坡体变形发展以及预测可能的破坏规模都具有非常重要的意义。

目前国内外研究无线传感器网络多以ZigBee和433无线模块为主，ZigBee工作在868MHz(欧洲)/915MHz(美国)/2.4GHz( 全球统一)。但是ZigBee由于频率高，绕射能力差，传输损耗大，传输距离短，信号易被障碍物干扰，在实际应用环境中很难实现长距离传输，而且ZigBee网络也达不到理论的节点数( 216－1)。ZigBee还有一个弱点就是无法实现低功耗。相比之下433无线模块工作频段相对比较干净，没有太多干扰。而且433无线模块工作频率较低（中心频率为433MHZ，故简称“433”），绕射性能好，传输时耗损小，故在传输距离上433无线模块明显优于ZigBee，而且433无线收发模块特别适合多发一收无线遥控及数据传输，比较适合在恶劣条件下进行通讯。

发明内容

本实用新型解决了传统的人工方式使用固定式或滑动式测斜仪进行边坡稳定性监测时出现的操作繁琐、时效性差以及某些恶劣环境条件下难以人工监测等问题，提出了一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统。

本实用新型的实现过程如下：

一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统，该系统由多个固定式测斜仪组、太阳能供电模块、433无线发射器、433无线中继器、433无线接收器、天线、无线基站，以及监控中心服务器和报警装置所构成。

所述的多个固定式测斜仪组由多个单独的固定式测斜仪构成，每个单独的固定式测斜仪集成了位移传感器、倾角传感器、温度传感器、湿度传感器以及GPS定位芯片等传感器构成数据采集电路，每个单独的固定式测斜仪上有一个用于顺利安放在测斜管导槽中的可伸缩的弹性滑轮。

所述的太阳能供电模块由一块太阳能翻板和一块蓄电池构成，多个固定式测斜仪组和433无线发射器由太阳能供电模块进行供电。

所述的报警装置由一个蜂鸣器驱动装置和一个短信猫构成。

本实用新型所述的各个部件的连接关系是：

所述的多个固定式测斜仪组通过电缆与地面的433无线发射器相连并将采集的数据由电缆传递给433无线发射器，433无线发射器将多个固定式测斜仪组采集的数据由天线通过433MHZ无线电信号发送给433无线中继器，433无线中继器再将数据打包由天线以433MHZ无线电信号发送给433无线接收器，433无线接收器通过GPRS无线传输方式与无线基站建立连接，无线基站通过2G/3G/4G等网络的GPRS无线传输方式与监控中心服务器所在的Internet网络建立通信连接，监控中心服务器与报警装置相连接。

监控中心服务器对所有数据进行实时监测与处理，当有超出阀值的数据产生时，报警装置即刻做出预警响应——蜂鸣器响的同时通过短信猫向预设的手机号码发送报警短信，以便及时提醒相关干系人预防地质灾害的发生，从而避免造成大规模安全事故。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的优点在于：系统结构简单、硬件成本低廉、实现技术难度较低，具有低功耗、高稳定性、体积小、抗干扰性强、实时性高等特点；可远程感知监测复杂环境下边坡稳定性状况，减少了人工监测的难度，提高了监测的时效性；有利于保障人民群众的生命财产安全，有利于减少国民经济损失，有利于维系政府公信力；并可快速部署在地铁、高速公路、高铁等边坡和基坑上，具有推广意义。

附图说明

图1是总系统的组成框图；

图2是多个固定式测斜仪组的结构框图；

其中：

10——多个固定式测斜仪组；

11——太阳能供电模块；

12——433无线发射器；

13——433无线中继器；

14——433无线接收器；

15——天线；

16——无线基站；

17——监控中心服务器；

18——报警装置，含蜂鸣器驱动装置和短信猫；

20——电缆线，用于给数据采集电路（23）供电和数据传输；

21——图1中所述的多个固定式测斜仪组（10）中所包含的单个固定式测斜仪（101，102，……，10n）；

22——弹性滑轮；

23——数据采集电路（集成了位移传感器、倾角传感器、温度传感器、湿度传感器以及GPS定位芯片等传感器）；

24——21与25连接时的公、母螺纹圈，其中21的螺纹圈为母螺纹，25的螺纹圈为公螺纹；

25——测斜仪连接杆；

26——测斜管。

具体实施方式

 一：下面结合附图和实施详细说明：

如图1所示，一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统，该系统由多个固定式测斜仪组（10）、太阳能供电模块（11）、433无线发射器（12）、433无线中继器（13）、433无线接收器（14）、天线（15）、无线基站（16），以及监控中心服务器（17）和报警装置（18）所构成。

所述的多个固定式测斜仪组（10）通过电缆与地面的433无线发射器（12）相连并将采集的数据由电缆传递给433无线发射器（12），433无线发射器（12）将多个固定式测斜仪组（10）采集的数据由天线（15）通过433MHZ无线电信号发送给433无线中继器（13），433无线中继器（13）再将数据打包由天线（15）以433MHZ无线电信号发送给433无线接收器（14），433无线接收器（14）通过GPRS无线传输方式与无线基站（16）建立连接，无线基站（16）通过2G/3G/4G等网络的GPRS无线传输方式与监控中心服务器（17）所在的Internet网络建立通信连接，监控中心服务器（17）与报警装置（18）相连接。监控中心服务器（17）对所有数据进行实时监测与处理，当有超出阀值的数据产生时，报警装置（18）即刻做出预警响应——蜂鸣器响的同时通过短信猫向预设的手机号码发送报警短信，以便及时提醒相关干系人预防地质灾害的发生，从而避免造成大规模安全事故。

二：本系统的具体实施流程如下：

下面结合图2所示，详细描述本系统的具体实施步骤：                                                                           

①  通常在基建项目施工时，在边坡、基坑等建筑物表面钻孔用于埋藏测斜装置，钻孔深度根据工程项目实施标准的实际要求进行施工；

②  钻孔后将内侧带有十字形导槽的金属或塑料测斜管（26）安放在钻孔中；

③  然后将若干个固定式测斜仪（21）通过测斜仪连接杆（25）以公、母螺纹圈（24）相连接组成多个固定式测斜仪组（10），其中单个固定式测斜仪（21）的个数根据实际需要进行增减，测斜仪连接杆（25）的长度也可根据实际需要来进行调节；

④  然后将多个固定式测斜仪组（10）的电缆线（20）连接好露出，并将各个固定式测斜仪（21）中的弹性滑轮（22）保持连接面的一致性，沿着测斜管（26）内的十字形导槽缓缓放下；

⑤  将露出在测斜管（26）外面的电缆线（20）与太阳能供电模块（11）和433无线发射器（12）相连，以便太阳能供电模块（11）可以给多个固定式测斜仪组（10）中的每个单独的固定式测斜仪（21）的数据采集电路（23）供电，同时数据采集电路（23）通过电缆线（20）将采集的数据传递给433无线发射器（12）；

⑥  433无线发射器（12）将多个固定式测斜仪组（10）中的每个单独的固定式测斜仪（21）的数据采集电路（23）采集的数据由天线（15）通过433MHZ无线电信号发送给433无线中继器（13）；

⑦  433无线中继器（13）再将数据打包由天线（15）以433MHZ无线电信号发送给433无线接收器（14）；

⑧  433无线接收器（14）通过GPRS无线传输方式与无线基站（16）建立连接；

⑨  无线基站（16）通过2G/3G/4G等网络的GPRS无线传输方式与监控中心服务器（17）所在的Internet网络建立通信连接；

⑩  监控中心服务器（17）对所有数据进行实时监测与处理，当有超出阀值的数据产生时，报警装置（18）即刻做出预警响应——蜂鸣器响的同时通过短信猫向预设的手机号码发送报警短信，以便及时提醒相关干系人预防地质灾害的发生，从而避免造成大规模安全事故。

Claims (6)

1.一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统，该系统由多个固定式测斜仪组（10）、太阳能供电模块（11）、433无线发射器（12）、433无线中继器（13）、433无线接收器（14）、天线（15）、无线基站（16），以及监控中心服务器（17）和报警装置（18）所构成，其连接关系是：所述的多个固定式测斜仪组（10）通过电缆与地面的433无线发射器（12）相连并将采集的数据由电缆传递给433无线发射器（12），433无线发射器（12）将多个固定式测斜仪组（10）采集的数据由天线（15）通过433MHZ无线电信号发送给433无线中继器（13），433无线中继器（13）再将数据打包由天线（15）以433MHZ无线电信号发送给433无线接收器（14），433无线接收器（14）通过GPRS无线传输方式与无线基站（16）建立连接，无线基站（16）通过2G/3G/4G网络的GPRS无线传输方式与监控中心服务器（17）所在的Internet网络建立通信连接，监控中心服务器（17）与报警装置（18）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统，其特征在于：所述的多个固定式测斜仪组（10）由多个单独的固定式测斜仪——固定测斜仪-1（101）、固定测斜仪-2（102）、……、固定测斜仪-n（10n）构成，每个单独的固定式测斜仪（21）集成了位移传感器、倾角传感器、温度传感器、湿度传感器以及GPS定位芯片构成数据采集电路（23），每个单独的固定式测斜仪（21）上有一个用于顺利安放在测斜管（26）导槽中的可伸缩的弹性滑轮（22）。

3.根据权利要求1所述的一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统，其特征在于：所述的太阳能供电模块（11）由一块太阳能翻板和一块蓄电池构成，多个固定式测斜仪组（10）和433无线发射器（12）由太阳能供电模块（11）进行供电。

4.根据权利要求1所述的一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统，其特征在于：所述的报警装置（18）由一个蜂鸣器驱动装置和一个短信猫构成。

5.根据权利要求1所述的一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统，其特征在于：监控中心服务器（17）对所有数据进行实时监测与处理，当有超出阀值的数据产生时报警装置（18）即刻做出预警响应——蜂鸣器响的同时通过短信猫向预设的手机号码发送报警短信，以便及时提醒相关干系人预防地质灾害的发生，从而避免造成大规模安全事故。

6.根据权利要求1所述的一种基于433无线传感器网络的边坡遥测系统，其特征在于：该系统所选用的无线传感器网络使用的通信方式是基于433MHZ无线模块发射的中心频率为433MHZ的无线电信号，并由多个433MHZ无线收发模块构成，包括433无线发射器（12）、433无线中继器（13）、433无线接收器（14）以及天线（15）。